"Microbial interactions with PET plastic : stress responses, oxidative stress, and biodegradation potential"

Abstract

Plastmengun er enn mikið umhverfisvandamál og undirstrikar þörfina fyrir sjálfbærar líffræðilegar niðurbrotslausnir. Í þessari rannsókn var bakteríustofn, RBD_002, einangraður úr íslenskum jarðvegi með sérvöldu steinefnaæti sem innihélt plastið pólýetýlen tereftalat (PET) sem eina tiltæka kolefnisgjafa. Raðgreining á 16S rRNA geni benti til þess að stofninn tilheyrði ættkvíslinni Lysinibacillus, með mestu líkindum við tegundina Lysinibacillus boronitolerans. Ljósgleypnimælingar (OD₆₀₀) sýndu að stofninn RBD_002 náði hærri gildi (~0.16) í viku 1 samanborið við viðmiðunarstofninn Ideonella sakaiensis (~0.06). Þó I. sakaiensis hafi sýnt hraðan vöxt frá viku 2–3, náði RBD_002 hærra lokagildi (~0.19 í viku 6) en I. sakaiensis (~0.17), sem bendir til virkni og aðlögunar til langs tíma í næringarsnauðu umhverfi sem innihélt PET. Einnig mældist hækkun á sýrustigi ætis úr pH 7.3 í pH 9.9, sem gefur til kynna basíska aðlögun og virkni efnaskipta. Greining með rafeindasmásjá (FE-SEM) leiddi í ljós örholur og yfirborðsrof á PET plastfilmu sem hafði verið í snertingu við RBD_002. Þetta bendir til mögulegrar víxlverkunar við plastið. Prótein- og erfðafræðilegar greiningar leiddu í ljós tilvist próteina sem tengjast oxunarálagsviðbrögðum og streituviðnámi, sem styður þá tilgátu að stofninn nýti óhefðbundnar lífefnafræðilegar aðferðir til að lifa af og mögulega brjóta niður plast. Niðurstöðurnar styðja að Lysinibacillus sp. RBD_002, sé efnilegur kandídat til lífhreinsunar á PET-plasti við aðstæður þar sem hefðbundnir niðurbrotsferlar með hjálp plastasa koma ekki endilega við sögu.

Plastic pollution remains a significant environmental concern, emphasizing the need for sustainable, biologically driven degradation strategies. In this study, a bacterial strain designated RBD_002 was isolated from Icelandic soil using a selective mineral medium containing polyethylene terephthalate (PET) as the sole carbon source. 16S rRNA gene sequencing indicated that the isolate belonged to the genus Lysinibacillus, showing highest similarity to Lysinibacillus boronitolerans. Optical density (OD₆₀₀) measurements revealed that RBD_002 reached a higher OD (~0.16) in week 1 compared to the reference strain Ideonella sakaiensis (~0.06). Although I. sakaiensis exhibited a faster growth increase by weeks 2–3, RBD_002 ultimately surpassed it, reaching an OD₆₀₀ of ~0.19 by week 6, compared to ~0.17 for I. sakaiensis indicating strong long-term adaptation in nutrient-limited, PET-containing conditions. A pH shift from 7.3 to 9.9 was also recorded, suggesting alkaline adaptation and metabolic activity. Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) showed surface erosion and micro-pitting on PET films incubated with RBD_002, indicating direct interaction with the polymer. Proteomic and genomic analyses revealed the presence of proteins linked to oxidative stress and general stress adaptation, supporting the hypothesis that the bacterium may rely on alternative, non-enzymatic strategies to interact with and possibly degrade PET plastic. These findings position Lysinibacillus sp. RBD_002 as a promising candidate for PET bioremediation, particularly under environmentally relevant, low-nutrient conditions where canonical enzymatic degradation mechanisms may be limited.